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Anwendungen
Energie
Der Energiesektor ist Fundament und treibende Kraft für unseren Fortschritt. Materialien sind hier der Schlüssel für Erzeugung, Speicherung und Transport von Energie. Durch den stetig wachsenden Energiebedarf sind Nachhaltigkeit und damit verbundene Materialinnovationen ein zentrales Thema. Das Spektrum der Werkstoffe reicht von Hochtemperaturlegierungen über Funktionsmaterialien bis zu Verbundwerkstoffen. Neue Materialien sichern damit eine Zukunft mit nachhaltiger und bezahlbarer Energie für die Entwicklung künftiger Generationen.
Markttrends
Grüne Energieerzeugung
Steigerung der Effizienz
Langzeit-Energiespeicherung
Wasserstofftechnologien
Substitution ressourcenkritischer Energiematerialie
Rezyklierung von Energiematerialien
Fokusbereiche für Materialien in der Energiespeicherung
Thermische Energiespeicher
Thermische Energiespeicher sind essenziell für eine effiziente Energienutzung, insbesondere für industrielle Prozesswärme, Heizung und Klimatisierung. Sie ermöglichen die bedarfsgerechte Bereitstellung von Wärme und Kälte, indem sie Energie zeitlich und örtlich entkoppeln. Wir untersuchen fortschrittliche Latentwärmespeicher auf Basis von Phasenwechselmaterialien, Metalllegierungen als auch Isolationsmaterialien wie temperaturbeständige Schaumstoffe und andere poröse Materialien, um Wärmeverluste minimieren. Herausforderungen wie die Materialbeständigkeit bei hohen Temperaturen sowie in der Entwicklung langlebiger Behältermaterialien und effizienter Wärmeleitstrukturen packen wir ebenso an.
Wasserstoffspeicherung
Die Wasserstoffindustrie spielt eine Schlüsselrolle in der Energiewende, besonders für die chemische bzw. Stahlindustrie und für die emissionsfreie Mobilität. Effiziente Wasserstoffspeicherung ist entscheidend, da Wasserstoff eine geringe Energiedichte pro Volumen hat und unter hohem Druck oder in kryogener Form gespeichert werden muss. Wir forschen an hochentwickelten Materialien wie leichten Hochleistungs- und Verbundwerkstoffen, Metallhydriden und nanoporösen Strukturen, um Tanks sicherer, langlebiger und effizienter zu machen. Für Herausforderungen wie die Materialermüdung, Wasserstoffversprödung und die extremen Temperatur- sowie Druckbedingungen finden wir innovative Lösungen. Dabei testen wir die Materialien gewissenhaft in unseren Labors, beispielsweise unter kryogenen Bedingungen.
Batteriespeicher
Batteriespeicher sind essenziell für die Energiewende, doch ihre Effizienz und Sicherheit hängen maßgeblich von den verwendeten Materialien ab. Besonders die Isolation und das Gehäuse spielen eine wichtige Rolle, da sie Wärme regulieren, mechanischen Schutz bieten und Brände verhindern. Wir forschen an temperaturbeständigen Schaumstoffen, faserverstärkten Polymeren und leichte Metalllegierungen, um die Balance zwischen thermischer Stabilität, Schutz, Gewicht und Langlebigkeit zu verbessern – und damit leistungsstarke und sichere Speicherlösungen zu ermöglichen. Zudem sind wir im engen Austausch mit dem Bayrischen Batteriezentrum (BayBatt), um mit unseren Technologien auch die Forschung and funktionellen Materialien in der Batterie voranzutreiben.
Fokusbereiche für Materialien in der Energieerzeugung
Windenergie
Die Windenergie ist eine zentrale Säule der erneuerbaren Energien, doch die Langlebigkeit und das Recycling der Materialien stellen große Herausforderungen dar. Gerade Rotorblätter aus faserverstärkten Verbundwerkstoffen, die hohe Stabilität und Leichtigkeit bieten, sind schwer zu recyceln. Wir forschen an neuartigen Materialien, Materialverbunden und Fertigungs- bzw. Recyclingtechnologien, um nachhaltigere Lösungen zu bieten. Gleichzeitig behalten wir die technischen Anforderungen wie Witterungsbeständigkeit und Materialermüdung durch analytische Verfahren im Auge, um sichere, ökologisch wie ökonomisch sinnvolle Lösungen zu entwickeln.
Photovoltaik und Solarthermie
Photovoltaik und Solarthermie sind zentrale Technologien für die nachhaltige Energiegewinnung, wobei Kunststoffe und Metalle eine wichtige Rolle spielen. In der Photovoltaik sorgen hochreine Metalle wie Silizium, Kupfer und Silber für effiziente Energieumwandlung, unser Fokus liegt allerdings auf langlebigen, witterungsbeständigen Kunststoffen in Schutzfolien, Verkapselungen und Montage. In der Solarthermie verbessern hitzebeständige Metalle die Wärmeleitung, während isolierende Kunststoffe und Schaumstoffe daraus Energieverluste minimieren. Neben diesen Materialien beschäftigen wir uns mit der Materialalterung, der Recyclingfähigkeit und der Optimierung von Kosten und Effizienz.
Gaskraftwerke
Global spielen Gaskraftwerke neben der Kernkraft eine wichtige Rolle beim Übergang zu erneuerbaren Energien. Hohe Wirkungsgrade gekoppelter Gas-Dampfturbinen von 60 % und ein geringerer Kohlendioxid-Ausstoß als Kohlekraftwerke zeichnen sie aus. Für einen sicheren und effizienten Betrieb sind die Turbinenschaufeln eine zentrale und gleichzeitig hochbeanspruchte Komponente. Wir forschen an Materialien, die den extremen Einsatzbedingungen von Temperaturen über 1000 °C und den hohen mechanischen Belastungen standhalten – und gleichzeitig leicht und damit effizient sind. Dazu zählen beispielsweise neuartige Titanlegierungen und effiziente Formgebungsverfahren.